特種加工技術的應用與發(fā)展方向(共10頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上機械工程前沿課程論文論文題目 特種加工技術的應用與發(fā)展方向 姓 名 胡翔 學 號 院 系 機電學院 專 業(yè) 機械工程 201111.16專心-專注-專業(yè)特種加工技術的應用與發(fā)展方向摘要：結合特種加工技術出現(xiàn)的背景和技術特點，本文綜述了特種加工的分類，簡要介紹了電火花加工、電化學加工等特種加工技術的技術特點和應用方向，并展望了特種加工技術的發(fā)展方向微細化、復合化、自動化。關鍵字：特種加工，技術特點，發(fā)展方向The Application and Development directions of Special Machining TechnologyAbstract:

2、 Combined with the background and technical characteristics of special machining technology , the paper reviews the classification of special machining , introduces the technical characteristics and application direction of electrospark discharge machining, electrochemical machining briefly, and loo

3、ks the prospects of the special machining technology development directions-micro machining,hybrid,automation.Key words: special machining technology,the technical characteristics,the development derection 1特種加工的產生和發(fā)展從第一次產業(yè)革命到二次世界大戰(zhàn)前，在長達150年的時間里，人類都單純依靠機械切削加工零件，用傳統(tǒng)的機械能和切削力去切除金屬。直到1943年，原蘇聯(lián)的拉扎林柯夫婦偶然發(fā)

4、現(xiàn)電火花的瞬時高溫可使金屬熔化和氣化，由此發(fā)明了電火花加工技術【1】。這是人類首次擺脫傳統(tǒng)的切削加工，直接利用電能和熱能去除金屬的“特種加工”。二戰(zhàn)之后，特別是進入21世紀以來，隨著機械加工技術，材料科學，高新技術的發(fā)展和激烈的市場競爭，以及尖端國防及科學研究的需求，不僅新產品更新?lián)Q代日益加快，而且要求產品具有很高的強度重量比和性能價格比，并朝著高速度，高精度，高可靠性，耐腐蝕性，耐高溫高壓，大功率，尺寸大小兩極化的方向發(fā)展，為此，各種新材料，新結構，形狀復雜的精密機械零件大量涌現(xiàn)。對機械制造業(yè)提出了一系列迫切需要解決的新問題。例如，各種難切削加工材料的加工；各種結構形狀復雜，尺寸或微小或特大

5、，精密零件的加工；薄壁、彈性元件等特殊零件的加工等。對此，采用傳統(tǒng)的機械加工方法很難實現(xiàn)甚至無法實現(xiàn)。為了解決上述問題，人們通常采取以下辦法：一是通過研究高效加工的刀具和刀具材料，自動優(yōu)化切削參數(shù)，提高刀具可靠性和在線刀具監(jiān)控系統(tǒng)，開發(fā)新型切削液，研制新型自動機床等途徑，進一步改善切削狀態(tài)，提高切削加工水平等；二是采用特種加工的方法?？偟膩碚f，特種加工技術就是借助電能，熱能，聲能，光能，電化學能，化學能以及特殊機械能等多種能量，或將其復合施加在工件的被加工部位上，從而實現(xiàn)材料被去除，變形，改變性能或被鍍覆等的非傳統(tǒng)加工方法的的總稱【1】。近年來，特種加工技術飛速發(fā)展。一方面，計算機技術，信息技

6、術，自動化技術等在特種加工中已獲得廣泛應用，逐步實現(xiàn)了加工工藝及加工過程的系統(tǒng)化集成；另一方面，特種加工能充分體現(xiàn)學科的綜合性，學科（聲，光，電，熱，化學等）和專業(yè)之間不斷滲透、交叉、融合，因此，特種加工技術本身同樣趨于系統(tǒng)化集成化的發(fā)展方向。這兩方面說明，特種加工技術已成為先進制造技術的重要組成部分。一些發(fā)達國家也非常重視特種加工技術的發(fā)展，如日本把特種加工技術和數(shù)控技術作為跨世紀發(fā)展先進制造技術的兩大支柱，特種加工技術已成為衡量一個國家先進制造技術水平和能力的重要標志。2 特種加工的特點概述：特種加工技術可以加工任何硬度、強度、韌性、脆性的金屬、非金屬材料或復合材料，而且該方法對于加工復雜

7、的，微細的表面和低剛度的零件非常適用，同時有些方法還可以用于進行超精密加工、鏡面加工、光整加工以及納米加工等。特種加工技術特點還在于不僅可以采取單獨的一種加工方法，還可以采用復合加工方法，以多種加工形式和能量對同一工件進行加工，達到加工目的。與傳統(tǒng)機械加工比較，特種加工不是主要依靠機械能，而是主要用其他能量去除金屬材料，在加工過程中工具和工件之間不存在顯著的機械切削力，這一點就使加工難易與工件的硬度并無關系。在特種加工中運用多種方式的復合加工，就可以促使各種有效的加工方法隨意復合、揚長避短，對于不同加工問題得到解決的新方法，顯現(xiàn)出復合加工的優(yōu)越性，便于擴大應用范圍。特種加工的特點具體如下：1)

8、 以柔克剛。因工具與工件不直接接觸，加工時無明顯的強大機械力的作用力，故加工脆性材料和精密微細零件、薄壁零件、彈性元件時，工具硬度可低于被加工材料的硬度。2) 用簡單運動加工復雜型面【2】。特種加工技術只需要簡單的進給運動即可加工出三維復雜型面。特種加工技術已成為復雜型面的主要加工手段。3) 不受材料硬度限制。因為特種加工技術主要不依靠機械力和機械能切除材料，而是直接用電、熱、光、聲、化學和電化學能去除金屬和非金屬材料。它們能瞬時能量密度高，可以直接有效地利用各種能量，造成瞬時或局部熔化，以強力、高速爆炸、沖擊去除材料。其加工性能與工件材料的強度或硬度力學性能無關，故可以加工各種超硬超強材料、

9、高脆性和熱敏性材料以及特殊的金屬和非金屬材料，因此，特別適用于航空航天產品結構材料的加工。4) 可以獲得優(yōu)質的表面質量。由于在特種加工過程中，工件表面不產生強烈的彈、塑性變形，故有些特種加工方法可獲得良好的表面粗糙度。熱應力、殘余應力、冷作硬化、熱影響區(qū)及毛刺等表面缺陷比機械切削表面小。5) 各種加工方法可以任意復合，揚長避短，形成新的工藝方法，更突出其優(yōu)越性，便于擴大應用范圍。3 特種加工技術的分類【3】現(xiàn)簡要介紹幾種經(jīng)典的現(xiàn)代特種加工技術：1) 電火花加工（electrospark discharge machining，EDM）【4】電火花加工是一種電加熱加工過程。它將工具電極和工件至于

10、絕緣的工作液中，工件和工具分別接直流電源的正極和負極，加上電壓，因電極之間的放電效應，產生火花放電對金屬產生腐蝕來進行加工。目前電火花加工已廣泛應用于模具制造、航天航空、電子、電機電器、精密機械、儀器儀表、汽車、輕工業(yè)等行業(yè)，以解決難加工材料及復雜形狀零件的加工問題，加工范圍已達到小到幾微米的小孔、軸、縫，大到幾米的超大型模具和零件【5】。 2) 電解加工（electrochemical machining，ECM）電解加工屬于電化學加工范疇，它是利用金屬在電解液中發(fā)生“陽極溶解”的原理，將零件加工成形。加工時，工件接直流電源的陽極，按要求形狀制成的工具接陰極，具有一定壓力的電解液從兩極間隙中

11、迅速流過，于是工件表面的金屬按工具陰極的形狀迅速溶解，并隨即被高速的電解液沖走。這種加工方法沒有機械加工中的切削力和切削熱的作用，也沒有電火花加工中的熱影響。電解加工在航天航空業(yè)的發(fā)動機新結構、新材料構件中被廣泛利用，如鈦合金零件、高溫渦輪深細冷卻孔、整體渦輪及葉輪，以及大型環(huán)形殼體件的內外旋轉表面、中小型支撐件、盤形件腹板、特形孔等。3) 超聲波加工（ultrasonic machining，USM）超聲波加工是利用工具端面作超聲振動，通過工具與工件之間的磨料懸浮液的作用而進行的一種加工。在加工過程中產生三種作用：1、機械撞擊和拋磨作用；2、空化作用；3、液壓沖擊波的脹裂作用【6】。其中以磨

12、料的機械撞擊和拋磨作用為主，使用不同的工具端部形狀，就能制造出各種形狀的工件。超聲波加工主要是用于各種硬脆材料，如玻璃、石英、陶瓷、金剛和硬質合金等，可以加工出各種形狀的型孔、型腔及成型表面，加工精度高，表面粗糙度低。由于工具壓力較低，提高了工具頭工作端的直線度，為此適用于加工薄壁、窄縫及低剛度等工件【7】。4) 激光加工（laser beam machining，LBM） 激光加工是一種重要的高能束流加工方法。激光具有高亮度、方向性好、單色性好和高相干性，因此，在聚集點上的尺寸理論上可以達到與光波尺寸相近。激光加工就是利用材料在激光聚焦襯下瞬時急劇融化和氣化，并產生很強的沖擊波，使被融化的物

13、質爆炸式地噴濺來實現(xiàn)材料的去除。 目前激光加工幾乎可對所有的金屬和非金屬進行加工，因此激光加工應用范圍廣泛。5) 電子束加工（electron beam machining，EBM） 電子束加工是在真空條件下，利用電子槍中產生的電子經(jīng)加速、聚焦，形成高能量密度的極細束流，以極高的速度轟擊工件被加工部位。由于其能量大部分轉化為熱能而導致該部位的材料在極短的時間內達到幾千攝氏度以上的高溫，從而引起該處的材料熔化或氣化。 電子束加工主要應用于航天航空業(yè)中的飛機主承力框、起落架、各類機匣的加工，應用前景廣闊。6 特種加工對機械加工工藝變革的體現(xiàn)1. 特種加工實現(xiàn)了控制技術的創(chuàng)新，改變了傳統(tǒng)手工控制的局

14、面。傳統(tǒng)機械加工的控制技術主要是通過手動控制掌握加工精度，這樣加工質量很大程度上取決于操作人員的經(jīng)驗和操作技巧。然而特種加工技術的出現(xiàn)，便以嶄新的自動控制技術取代了傳統(tǒng)手動控制，這標志著全面革新了傳統(tǒng)機械加工工藝。2. 特種加工提高了可加工材料的范圍，材料的可加工性不再與材料的硬度、強度、韌性、脆性等成直接的正比或者反比關系，特種加工方法是機械加工工藝的可加工的材料范圍從普通材料發(fā)展到硬材料和特殊材料，使得對于任何材料的加工都成為可能【10】。3. 特種加工技術已經(jīng)成為了細微加工、納米加工的主要手段。目前，制造技術前沿逐漸轉向細小精微，納米亞納米以及納米級制造成為制造業(yè)融入高技術的切入點。而電

15、子束、離子束、激光、電火花、電化學等電物理、電化學特種加工技術，正是近年來快速發(fā)展的細微和納米加工的主要手段，也就是說特種加工已經(jīng)成為了先進制造技術的主要特征之一【11】。4. 特種加工還對設計思路產生了影響。特種加工能是加工材料范圍有所擴展，解決了各種復雜表面、復雜結構的加工問題，使設計者的思維得到了更加活躍的發(fā)展空間，進一步使得在產品的設計中考慮的零件材料、零件結構、制造工藝等方法有了更加廣闊的選擇空間。7 現(xiàn)代特種加工技術的發(fā)展方向l 廣泛采用自動化技術。充分利用計算機技術對特種加工設備的控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)進行優(yōu)化，建立綜合參數(shù)自適應系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等，進而建立特種加工的CAD/CAM和PM

16、S系統(tǒng)，這就是當前特種加工技術的主要發(fā)展趨勢。l 擴展特種加工概念的范疇。特種加工除了包含去除、結合和變形等加工和處理外，還應包含近年來發(fā)展起來的快速成形制造技術，這對制造技術的發(fā)展有著重要意義。l 特種加工技術正在向工程化和產業(yè)化方向發(fā)展。對大功率、高可靠性、多功能、智能化加工設備的研發(fā)是今后的重點。l 著力開展精密化研究。隨著高科技時代的到來，超精密加工技術的發(fā)展更加迅猛，正向著亞微米級和納米級邁進。為適應這一趨勢的需要，大力開發(fā)用于超精密加工的精密化特種加工技術史今后重要的發(fā)展方向。l 開發(fā)和應用復合工藝和新工藝。為適應尖端產品的高技術性能要求及新型材料的加工需求，需要不斷開發(fā)應用新型特

17、種加工和現(xiàn)有特種加工技術的復合工藝。由于復合工藝可以揚長避短，取得明顯的技術經(jīng)濟效果，故受到普片關注。8 關于國內特種加工技術的狀況和展望近年來隨著特種加工技術在現(xiàn)代制造技術中的發(fā)展和廣泛應用，國家很重視特種加工行業(yè)發(fā)展，我國的特種加工機床擁有量較高，也具有很大的生產規(guī)模，但在高端機床裝備方面，與發(fā)達國家還有明顯的差距，在加工精度、加工質量以及自動化程度等方面都有很大的提升空間。我相信，隨著國家863計劃項目和科技重大專項的大力支持，通過科研機構與企業(yè)的共同努力，我國的特種加工技術和裝備水平將會與國外先進水平之間的差距越來越小。參考文獻：【1】 機械工程師2008（11）期/特種加工.【2】

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